【课件】光合作用的原理和应用课件高一上学期生物人教版（2019）必修1

4.2光合作用的原理和应用第5章

细胞的能量供应和利用。1.为何选用新鲜的绿叶，否则会导致什么结果？选取新鲜绿叶的原因是新鲜绿叶中含色素多，绿叶久置后会导致色素分解。二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。2.研磨时加入二氧化硅和碳酸钙的作用是什么？3.层析时层析液为何不能没过滤液细线？不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散。也可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯。一、捕获光能的色素知识回顾：橙黄色黄色蓝绿色黄绿色胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素叶绿素含量最少，溶解度最高，扩散速度最快含量最多溶解度最低，扩散速度最慢一、捕获光能的色素知识回顾：叶绿素a和叶绿素b主要吸收：胡萝卜素和叶黄素主要吸收：蓝紫光和红光(吸收绿光最少)蓝紫光一、捕获光能的色素知识回顾：二、叶绿体的结构适于进行光合作用知识回顾：1.捕获光能的色素存在于叶绿体中，下列相关说法，不正确的是(

)A.色素种类有4种，分别是叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素B.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光C.绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同D.叶绿素对绿光吸收最多，所以叶片一般呈现绿色1.答案：D解析：叶绿体中色素有两大类，分别是叶绿素和类胡萝卜素，前者又分为叶绿素a、叶绿素b，后者又分为叶黄素、胡萝卜素，A正确；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B正确；绿叶的色素中叶绿素含量约占3/4，类胡萝卜素含量约占1/4，C正确；叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片一般呈现绿色，D错误。2.如图表示新鲜菠菜叶中4种色素的相对含量及其在滤纸上的分离情况，下列分析错误的是()A.叶绿体中的四种色素均分布在类囊体薄膜上B.四种色素均可吸收蓝紫光C.四种色素在层析液中溶解度最大的是ⅢD.发黄的菠菜叶色素含量显著减少的是Ⅲ和Ⅳ2.答案：C解析：依据图中显示的4种色素的相对含量及其与滤液细线的距离，可推知：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别表示胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。叶绿体中的4种色素均分布在类囊体薄膜上，A项正确；叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，B项正确；4种色素在层析液中溶解度最大的是Ⅰ，C项错误；菠菜叶发黄，是因为叶绿素a（呈蓝绿色）和叶绿素b（呈黄绿色）含量减少，使胡萝卜素（呈橙黄色）和叶黄素（呈黄色）的颜色显现出来，因此，发黄的菠菜叶中色素含量显著减少的是Ⅲ和Ⅳ，D项正确。3.下列关于叶绿体内色素提取和分离实验的说法，不正确的是()A.实验中需要加入SiO2进行研磨，以破碎细胞和叶绿体

B.在研磨过程中加入CaCO3的目的是防止色素被破坏

C.色素分离后在滤纸条上形成的4条色素带，从上至下分别呈橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色

D.色素带的宽度反映了色素在层析液中溶解度的大小3.答案：D解析：色素提取实验中需要加入SiO2进行研磨，以破碎细胞和叶绿体，使得色素释放出来，A正确；研磨过程中加入CaCO3的目的是防止叶绿素被破坏，B正确；滤纸条从上到下依次是胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色），C正确；色素带的宽度反映了色素的含量，D错误。4.下列关于叶绿体的描述,错误的是(

)A.基粒由类囊体堆叠而成B.叶绿体被膜由双层膜组成C.类囊体膜不属于生物膜系统D.类囊体膜上具有叶绿素和酶4.答案：C解析：许多类囊体像圆盘一样叠在一起，称为基粒。组成基粒的类囊体膜属于生物膜系统。类囊体膜上色素和酶。叶绿体膜由双层膜组成。生物膜系统是细胞膜、细胞核膜以及细胞器膜等结构，共同构成的生物膜系统。因为类囊体属于细胞器，所以类囊体膜属于生物膜系统。这些生物膜的组成成分和结构很相似，在结构和功能上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调配合。细胞的生物膜系统在细胞的生命活动中起着极其重要的作用。光合作用光合作用：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。新课学习：01光合作用的原理探究光合作用原理的部分实验思考•讨论1、19世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。2、1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)3、1937年，希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。希尔反应：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。结论：水的光解产生氧气。氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。（该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。）4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2

光能叶绿体探究光合作用原理的部分实验1937年，英国科学家希尔。希尔反应：取植物的绿色叶片研磨过滤后，放到两个培养皿中，分别放在阳光下和黑暗中，阳光下的有气泡产生。结论：有光照时，有气体产生；植物的光合作用需要光；植物在光照下产生气体。讨论1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？2.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联。暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（M.Kamen)用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它们分别变成H218O和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二组给同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2,第二组释放的都是18O2。CO2H218O光照射下的小球藻悬液C18O2H2O18O2O2探究光合作用原理的部分实验讨论3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。探究光合作用原理的部分实验1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下叶绿体可以合成ATP，1957年他发现这一过程总是与水的光解相伴随。

以上就是光合作用的发展史。实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的，实际上光合作用的过程十分复杂，它包括一系列的化学反应，根据是否需要光，可以把光和作用分为两个阶段，光反应阶段和暗反应阶段。光合作用的过程光反应阶段：光合作用第一个阶段的化学反应必须有光才能进行这个阶段，叫做光反应阶段，光反应阶段，是在类囊体的薄膜上进行的。光合作用的光反应过程ATPADP+Pi酶O2NADP++H+H2O光解光反应阶段类囊体薄膜NADPH光反应过程光、色素、酶、H2O类囊体薄膜ADP＋Pi＋能量ATP酶条件：场所：H2O类囊体膜酶Pi＋ADPATPNADPH水的光解：ATP的合成：物质变化：NADPH的形成：能量转变：（1）光反应阶段2H2O+O2光解H+NADP++H+NADPH光能转变为NADPH（还原型辅酶Ⅱ。）和ATP中的化学能H+NADP++光合作用的过程暗反应阶段：

光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫做暗反应阶段，暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的基质中进行的，在这一阶段CO2被利用，经过一系列的反应后生成糖类。1946年开始，美国的卡尔文等用放射性同位素14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。结论：光合产物中有机物的碳来自CO2CO2C3(CH2O)C5归纳：（1）用3H标记亮氨酸（2）18O标记H218O（3）用14C标记14CO2探究分泌蛋白合成、加工、运输和分泌过程探究光合作用中O2来源探究光合作用中CO2中的碳转化为有机物中的过程同位素标记法的应用暗反应过程场所：叶绿体基质条件：酶、NADPH、ATP、二氧化碳ADP+PiATPNADPH

NADP+（CH2O）CO22C3固定C5还原淀粉、蔗糖物质变化：CO2的固定：C5+CO2→2C3C3的还原：NADPHNADP+ATPADP+PiC3（CH2O）+C5

能量变化：ATP、NADPH中的化学能→有机物中的化学能光合作用的过程2C3CO2（CH2O）多种酶参加反应固定暗反应阶段叶绿体基质还原C5光反应和暗反应的区别和联系光反应暗反应所需条件必须有光有光或无光均可进行场所类囊体膜叶绿体基质物质变化水光解为O2和H+；ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的还原；ATP和NADPH的分解能量转化光能转化为ATP和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能

正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，C3、C5、H+、ATP含量如何变化？若突然停止CO2的供应呢？H+

↓ATP↓C5↓C3↑C3

↓C5↑H+

↑ATP↑——(CH2O)合成量↓02光合作用的应用探究环境因素对光合作用强度的影响

叶片含有空气，上浮抽气叶片下沉；O2充满细胞间隙，叶片上浮。根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少，探究光照强度与光合作用强度的关系。光合作用产生O2实验原理打孔器、3个注射器1个100W台灯、4个小烧杯、新鲜绿叶、富含二氧化碳的清水、皮尺实验器材探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响实验记录实验结论在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强影响光合作用强度的因素CO2浓度水分光光质光照强度光照时间光照面积酶色素温度矿质元素气孔开闭情况光照强度1.间作(几种作物同时期播种)、套种(几种作物不同时期播种)2.轮作(几种作物轮换种植)3.合理密植,增加光合作用面积4.温室大棚,使用无色透明玻璃应用：A点：只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。B点：光补偿点，即光合作用强度=细胞呼吸强度。C点：光合作用强度最大。C点之前限制光合作用因素是光照强度，C点之后限制因素是CO2、温度等AB段：光合<呼吸BC段：光合>呼吸D点：光饱和点，增加光照强度光合作用强度不再增加。光补偿点光饱和点DDCO2浓度C点：CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）；D点：CO2饱和点（两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。应用：1.多施有机肥或农家肥2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等.3.大田中还要注意通风透气.B点

：进行光合作用所需CO2的最低浓度ABCD0吸收CO2释放CO2CO2浓度温度最适温度下植物光合作用最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。应用：1.适时播种2.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温3.植物“午休”现象外因——水分和矿质因素N：光合酶及ATP的重要组分P：类囊体膜和ATP的重要组分；K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。化能合成作用营养类型光能自养6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能叶绿体（光合作用）化能自养（化能合成作用）自养型异养型寄生、腐生、捕食NH3HNO2+能量HNO3+能量CO2+H2O（CH2O）能量硝化细菌归纳总结:自然界的自养生物：1、绿色植物。2、光合细菌。（比如蓝藻）3、化能合成生物.（如硫细菌，铁细菌，硝化细菌。)√XX√XX练习答案：D解析：二氧化碳参与光合作用的暗反应过程，根据暗反应中二氧化碳的固定过程可知二氧化碳中的碳原子首先转移到三碳化合物中，然后暗反应进行的是二氧化碳的固定，所以碳原子又转移到有机物中，即碳原子的转移途径为：二氧化碳→三碳化合物→糖类。故选：D。1.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是()A.CO2→叶绿素→ADP

B.CO2→叶绿体→ATPC.CO2→乙醇→糖类

D.CO2→三碳化合物→糖类练习2.在大棚栽培蔬菜过程中，不能提高光合作用强度的措施是()A.适当降低夜间温度 B.适时通风透气 C.适时增施有机肥 D.适当提高光照强度答案：A解析：提高光合作用强度的措施有适时通风透气、适时增施有机肥、适当提高光照强度，B、C、D不符合题意；而适当降低夜间温度不能提高光合作用强度，A符合题意。练习3.在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中，下列说法错误的是()A.水中加适量冰块设置不同的温度梯度，可以探究温度对光合作用的影响B.调节100W聚光灯与相应植物之间的距离，可以探究光照强度对光合作用的影响C.白光透过不同颜色的玻璃纸，可以探究不同颜色的光对光合作用的影响D.使用精密pH试纸调节pH，可以探究pH对光合作用的影响答案：D解析：本题考查影响光合作用的环境因素和实验方法。水中加适量冰块，可以设置不同的温度梯度，以此探究温度对光合作用的影响，A正确；调节100W聚光灯与相应植物之间的距离，可以改变光照强度大小，从而探究光照强度对光合作用的影响，B正确；白光透过不同颜色的玻璃纸，会出现不同颜色的光，可以探究不同颜色的光对光合作用的影响，C正确；使用精密叫试纸只能检测溶液的pH，不能调节pH，故无法探究pH对光合作用的影响，D错误。4、下图表示光合作用与有氧呼吸的部分过程，下列叙述错误的是()A．①②过程为暗反应，可发生在叶绿体基质中B．③过程发生在细胞质基质中，④过程需水参与C．③④过程释放的能量大部分储存在ATP中D．①②③④过程可以在一个细胞内同时进行大部分释放的能量以热能的形式散失，少部分储存在合成的ATP中。C5、夏季晴朗的一天，甲、乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如下图所示。下列有关叙述错误的是()A．对甲植物来说，a点所表示的含义是此时光合作用强度等于细胞呼吸强度B．乙植物在bc段和de段下降的原因相同C．乙植物积累的有机物在18时达到最大D．甲植物在bd段与乙存在差异的原因可能是甲植物的气孔无法关闭B错：曲线b～c段的变化是由于气温高，蒸腾作用旺盛，植物为了减少水分的散失而关闭气孔，导致植物吸收的CO2减少；d～e段的变化是由于光照强度减弱引起的．6．如图为光合作用示意图。下列说法不正确的是（

）A．①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ（NADPH），④表示CO2B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为（CH2O）C．黑暗条件下，光反应停止，暗反应将持续不断的进行下去D．增加光照强度或降低二氧化碳浓度，较短时间内C3的含量都将减少C7．正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是（

）A．ATP/ADP比值下降

B．NADPH/NADP+比值下降C．CO2的固定加快D．O2的产生停止C8．下列关于植物光合作用的叙述，正确的是

(

)A．暗反应在细胞质基质中进行B．光合作用产生的葡萄糖中的碳和氧都来自二氧化碳C．光反应产生的ATP可以用于暗反应，也可以用于其他生命活动D．光反应只进行能量代谢，不进行物质代谢；暗反应则刚好相反解析：暗反应的场所是叶绿体基质；光反应产生的ATP只用于暗反应，为C3还原提供能量，不能用于其他生命活动；光反应和暗反应过程中都存在能量代谢和物质代谢。故选B。答案：B

9．光合作用过程中，水的光解及C3形成葡萄糖所需要的能量分别来自

(

)A．细胞呼吸产生的ATP和光能、NADHB．都是细胞呼吸产生的ATP、NADHC．光能和光反应产生的ATP、NADPHD．都是光反应产生的ATP、NADPH解析：由光合作用的过程可知，光合作用过程中，水的分解需要的能量来自光能，C3形成糖类所需要的能量来自光反应产生的ATP和NADPH中的能量。故选C。答案：C

11．地球上的绿色植物每年通过光合作用制造的有机物高达2200亿吨，相当于全球每年能量消耗的10倍。下列有关说法正确的是

(

)A．绿色植物白天只进行光合作用，夜晚只进行细胞呼吸B．绿色植物叶肉细胞的光合色素分布在叶绿体的内膜上，可吸收、传递、转化光能C．当某绿色植物的净光合速率为0时，其叶肉细胞吸收二氧化碳的量不为0D．光反应的进行必须有光的参与，而暗反应的进行不能有光解析：绿色植物在白天和夜晚都会进行细胞呼吸，A错误；绿色植物叶肉细胞的光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，可吸收、传递、转化光能，B错误；当某绿色植物的净光合速率为0时，由于植物的非绿色部分不进行光合作用，但会进行呼吸作用，则叶肉细胞的总光合速率大于呼吸速率，故叶肉细胞吸收二氧化碳的量不为0，C正确；光反应的进行必须有光的参与，而暗反应的进行对光没有要求，有光或无光都可以进行暗反应，D错误